基于qd75四自由度搬运机械手的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于qd75四自由度搬运机械手的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

类： 按结构形式可分为整体式和模块式。 整体式是将各个组成部分集成在一起，组合成一个盒子。 模块式是将各个组成部分作为独立的模块，然后再将各个模块进行组合而形青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 7 成。 按 照 PLC 控制规模可分为小型、中型和大型 三种 PLC。 小型 PLC I/O 点数在 256 点一下；中型 PLC I/O 点数在 256~2048 之间；大型 PLC I/O 点数在 2048 以上 [7]。 PLC 的组成 PLC 的种类繁多，但是其组成都是相同的，其基本单元都是以 CPU 作为核心的计算机。 PLC 的 硬件基本结构如图 23 所示： 图 23 PLC 的硬件基本结构 根据 上面的 硬件结构图来看， PLC 是 由中央处理器（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）接口、电源、通讯接口、扩展接口及总线部分组成。 （ 1） 中央处理器（ CPU） 中央处理单元（ CPU）是 PLC 的控制中枢，它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误 [8]。 PLC 基本单元 电源 CPU 输出单元 输出单元 通信接口 存储器 扩展接口 扩展单元 输入设备 输出设备 编辑器 写入器 打印机 人机界面 上位机计算机 PLC 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 8 （ 2） 存储器 PLC 的存储器根据软件不同可分为两种：系统程序存储器和用户程序存储器。 PLC 的常用存储器分类： ① RAM：读 /写存储器，又称为随机存储器 ② EPROM：只读存储器 ③ EEPROM：只读存储器，用编程器可以对储存的内容进行修改 （ 3） I/O 接口 PLC 中输入接口可分为三类：直流输入、交流输入和交直流输入。 在本次设计中用到的是 24V 直流输入 ，如下图 24 所示。 图 24 24V直流输入 输出接口电路的作用是将 CPU 的程序运行结果经过电平转换、隔离和功率放大，转换成能带一定负载的 具体的输出状态，输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等 [9]。 （ 4） 通信接口 PLC 通过各种通信接口实现 “人 —机 ”或 “机 —机 ”之间的连接通信。 （ 5） 扩展接口 用于实现功能的扩展。 例如，用于主机和运动控制单元、通讯单元、 D/A 单元等部分的连接。 （ 6） 电源 一般用市电供电，也可以用 24V 直流电。 （ 7） 编程器 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 9 编程器一般可分为两类：手持编程器和图形编程器。 （ 8） 总线 总线分为地址总线、数据总线和控制总线，用于连接主机内的各个功能模块 ，实现它们间的通讯 [10]。 可编程控制器的工作方式 可编程控制器的工作方式是不断循环扫描。 如下图 25 所示 ： 图 25 PLC 工作方式 N Y 运行 停止 Y N 上电初始化 自诊断 有故障否 设置故障标志，并显示 与外设通信 通信 输入采样 执行用户 程序 输出刷新 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 10 根据上图可看出， PLC 的工作过程可 明确 的分 为五个阶段 ，分别是： 内部处理 阶段 、通信处理 阶段 、输入采样 阶段 、程序执行 阶段 和输出刷新 阶段。 QD75 定位模块 Q 系列 PLC 基本概况 Q 系列 PLC 能够把顺序、运动、过程、信息四种自动化控制集成在同一个系统中。 如果遇到问题，冗余 CPU 系统可以确保 系统的操作。 其关系如下图 26： 图 26 Q 系列 PLC 内部关系 （ 1） 冗余 CPU 系统功能： ① 即使在控制系统中出现故障，备用系统也可以取代控制系统使系统继续运行。 ② Q 系列产品均不需进行任何修改即可使用（有些模块除外）。 ③ 远程 I/O 降低了分散控制的风险。 冗余系统 顺序控制 （顺序 CPU） 过程控制 （过程 CPU） 信息 控制 （ 计算机 CPU） 运动 控制 （ 运动 CPU） 控制 系统 备用 系统 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 11 （ 2） Q 系列 PLC 优势： ① 控制简单，适合用于轴数多的系统。 . ② 小体积、高性能、灵活性。 ③ 有范围广泛的特定应用智能模块。 QD75 概述 （ 1） QD75 型号说明：下面举例来说明 ，如 QD75P2， P 是 QD75 定位模块当中的一种系统 —— 开集极式系统，另外还有 D—— 差动式系统， M—— SSCNET 网路系统和MH—— SSCNETⅢ光线系统。 这四种系统就是在 QD75 定位模块中具有的系统，在简单的设计当中一般会用开集极式系统或者是差动式系统，两者相对来说差动式系统更加准确。 在 QD75P2 中的数字“ 2”控制轴的个数，“ 1”表示单轴控制，“ 2”表示两轴控制，“ 4”表示四轴控制。 （ 2） QD75 具有 的特性： ① 具有三种模块，分别是 单轴 两 轴和 四 轴模块 ，有 多种 用途。 ② 具有多 种定位控制功能。 ③ 能够实现 快速起动。 ④ 相对于其它模块来说，它的 脉冲输出 速度 更 加 快 速 并 且 允许与驱动模块 之间的 距离更远。 ⑤ 本身 容易维护。 ⑥ 支持智能功能模块专用指令。 ⑦通过 GX ConfiguratorQP 进行数据设置以及监控。 （ 3） QD75 的功能分为主要、辅助和控制 三类。 其中主要功能又有四种，分别是OPR 控制，这是为了实现定位控制快速向起动点定位，能够对定位数据进行编号；主要的定位控制，根据定位数据执行控制，像位置控制和速度控制；高级定位控制，是指将多个定位数据结合成一个“块”，对指定的数据可以重复执行等；手动控制，顾名思义就是给予 QD75 外部信号，像是 对 QD75 输入脉冲等进行控制，这样能够实现精确的控制。 （ 4） 定位控制的机理 如下图 27 所示： 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 12 图 27 定位控制机理图 在 QD75 定位模块控制的系统中，首先要有 GX Developer 按顺控程序创建控制的条件和过程，并且输送给 CPU，用 GX ConfiguratorQP 进行参数的设置和定位数据的设置，监视定位的运行 ；然后再有 PLC 和 CPU 进行输出各种信号，并且要检测定位模块所反馈回来的信号是否出错等；由外部发送一些启动 、停止、限位等信号给 QD75 定位模块，或者是用脉冲发生器发送脉冲给 QD75 定位模块；之后 QD75 定位模块要对来自 PLC 和CPU、外部信号或者脉冲进行处理，让后将这些信号整理后输送给伺服驱动器；在伺服驱动器接受这些信号后，一方面给予电机指令并做出动作，另一方面发送 REDAY 信号和零信号发送给 QD75；电机会在接收到伺服驱动器的信号时做出动作，对工件作出处理，完成一定的任务。 Q00JCPU 模块 随着科技的发展，三菱电机在我国占据着 PLC 系列产品的主要地位，为了更好的满GX Developer PLC CPU QD75 定位模块 外部信号 手动脉冲发生器 伺服驱动器 电机 工件 GX ConfiguratorQP 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 13 足我国的用户，三菱对 Q 系列 PLC 进 行了改造，不断提高 PLC 的性能，同时降低成本，推出了 Q00JCPU。 Q00JCPU 具有 32 入及 32 出的 5/8 槽型 CPU 单元： Q00JCPUSET（ 5 槽）和Q00JCPUS8SET（ 8 槽）。 在本次设计中由于用到的输入输出口有限 ，因此只需要 5 槽的 CPU 单元就能满足设计的要求。 Q00JCPU 具有的 产品特点： 价格相对于其它的 CPU 来说更加低廉 ， 而且它的兼容性更加的优良。 （ 1） 输入模块 QX40S1 如下 图 28 所示： 图 28 QX40S1 输入 QX40S1 为 DC 输入模块 是一种 正极公共端型。 规 格： 额定输入电压： 24VDC 额定输入电流：约 6mA 输入点数： 16 点 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 14 隔离方法：光电耦合器 ON 电压 /ON 电流： 19V 或更高 或更高 OFF 电压 /OFF 电流： 11V 或更低 或更低 公共端子排列： 16 点 /公共端 外部连接： 18 点端子排 （ 2） 输出模块 QY40P 如下 图 29 所示： 图 29 QY40P 输出 QY40P 是一种 晶体管输出模块（漏型）。 规格： 额定负载电压： 1224VDC 最大负载电流： ， 最大起动电流： ， 10ms 或更短 输入点数： 16 点 隔离方法：光电耦合器 公共端子排列： 16 点 /公共端 外部连接： 18 点端子排 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 15 伺服控制系统 驱动器概要 伺服驱动器又可以称为伺服放大器或者是伺服控制器，是为了用来控制伺服电机的，主要是用在比较高精度的定位系统中 [11]。 一般伺服驱动器的控制模式有三种：位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。 伺服控制系统的优势： ① 调速范围宽。 ② 定位精度高。 ③ 有高的传动刚性和速度稳定性。 ④ 快速响应，无超调。 ⑤ 低速大转矩，过载能力强。 ⑥ 可靠性高。 伺服驱动器凭借着这些优势广泛的 应用于各种领域。 如机械纺织领域、各种机床领域、装卸包装领域等。 MRJ2SSUPER 系列伺服系统 MRJ2SSUPER 系列伺服系统除了具有一般控制模式的 3 种模式以外，还有位置 /速度、速度 /转矩、转矩 /位置这三种控制方式可以切换。 另外，还有 RS232C、 RS422串行通讯功能。 MRJ2S_SUPER 系列伺服系统的型号配置如下。 如 MRJ2S10A1□ ，在这个型号中 MRJ2S 是说明这属于三菱系列通用交流伺服放大器 MRJ2S 系列；“ 10”是一种记号，它代表了该型号产品的额定输出 功率 ，具体的字符和额定功率的对应如下表 21 所示 ；“ A”这个字符是表示通用接口，另外还有“ B”表示 SSCNET,“ CP”表示内置定位功能，“ CL”表示程序运行功能内置；在接下来是符号“ 1”，它是用来说明 该型号产品所用的电源，“ 1”是指单相 100VAC，如果这里不存在符 号 ，也就是说该系列产品所用的电源是 3 相 200VAC 或者是单相 230VAC；最后，还有一个“□”，这是表示该产品是一种特价产品。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 16 表 21 额定输出的标识 记号 额定输出（ W） 10 100 20 200 40 400 60 600 70 700 100 1000 200 20xx 350 3500 在本次设计当中，所选用的是 MRJ2S40A 伺服驱动器，它的外观及各部分功能如下 图 210 所示。 图 210 MRJ2S40A外观及各部分功能图 伺服系统的构成 伺服系统又称随动系统，能够精确的实现。